课时作业(4) 质谱仪与回旋加速器（Word练习）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

课时作业(4)　质谱仪与回旋加速器 [对应学生用书P85] 1．(2021·广东东莞高二检测)用回旋加速器分别加速α粒子和质子时，若磁场相同，则加在两个D形盒间的交变电压的频率应不同，其频率之比为(　　) A．1∶1　　　　　　　　　　 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶3 B　[为了保证粒子每次经过D形盒盒缝时粒子都被加速，应使交变电压的变化周期(频率)跟粒子在磁场中做圆周运动的周期(频率)相同．即f＝＝，根据α粒子和质子的电量关系和质量关系，＝·＝，故B正确．] 2．质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子(不计重力，初速度为0)经同一电场加速后，垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子的质量．其工作原理如图所示，虚线为某粒子运动轨迹，由图可知(　　) A．此粒子带负电 B．下极板S2比上极板S1电势高 C．若只减小加速电压U，则半径r变大 D．若只减小入射粒子的质量，则半径r变小 D　[由粒子在磁场中向左偏转，根据左手定则可知，该粒子带正电，故A错误；带正电的粒子经过电场加速，则下极板S2比上极板S1电势低，故B错误；根据动能定理得qU＝mv2，由牛顿第二定律得qvB＝m，联立解得r＝ ，若只减小加速电压U，则半径r减小，故C错误；若只减小粒子的质量，则半径减小，故D正确．] 3．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其主体部分是两个D形金属盒．两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速，如图所示．现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是(　　) A．减小磁场的磁感应强度 B．减小狭缝间的距离 C．增大高频交流电压 D．增大金属盒的半径 D　[带电粒子从D形盒中射出时的动能Ekm＝mv m ，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，则qvmB＝，可得Ekm＝，显然，当带电粒子q、m一定时，则Ekm∝R2B2，即Ekm随磁场的磁感应强度B、D形金属盒的半径R的增大而增大，与加速电场的电压和狭缝距离无关，故选D．] 4．如图所示，沿直线通过速度选择器的正离子(不计重力)从狭缝S射入磁感应强度为B2的匀强磁场中，后分为两束，它们的轨迹半径之比为R1∶R2＝1∶2，则下列说法正确的是(　　) A．离子的速度之比为1∶2 B．离子的电荷量之比为1∶2 C．离子的质量之比为1∶2 D．离子比荷之比为2∶1 D　[粒子沿直线通过速度选择器，可知电场力和洛伦兹力平衡，即qvB1＝qE，解得v＝，可知粒子的速度之比为1∶1，故A错误．粒子进入偏转磁场，根据qvB2＝m得，r＝，则比荷 ＝，因为速度相等，磁感应强度相等，半径之比为1∶2，则比荷之比为2∶1，D正确．由题目条件，无法得出电荷量之比、质量之比，故B、C错误．] 5．如图所示，粒子源P会发出电荷量相等的带电粒子，这些粒子经装置M加速并筛选后，能以相同的速度从A点垂直于磁场方向沿AB射入正方形匀强磁场ABCD，粒子1、粒子2分别从AD中点和C点射出磁场．不计粒子重力，则粒子1和粒子2(　　) A．均带正电，质量之比为4∶1 B．均带负电，质量之比为1∶4 C．均带正电，质量之比为2∶1 D．均带负电，质量之比为1∶2 B　[由题图可知，粒子刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向左，由左手定则可知，粒子带负电；设正方形的边长为L，由图示可知，粒子轨道半径分别为r1＝L，r2＝L，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝m，即m＝∝r，则＝＝，故选B．] 6．(2021·广东惠州高二检测)如图是质谱仪工作原理的示意图．带电粒子a、b经电压U加速(在A点初速度为零)后，进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x1、x2处．图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则(　　) A．若a与b有相同的质量，则打在感光板上时，b的速度比a大 B．若a与b有相同的质量，则a的电量比b的电量小 C．若a与b有相同的电量，则a的质量比b的质量大 D．若a与b有相同的电量，则a的质量比b的质量小 D　[根据qU＝mv2，v＝ .由qvB＝m得，r＝＝ .因为b的半径大，若a与b质量相同，则b的电量小，根据v＝ ，知b的速度小，故A、B错误；若a与b有相同的电量，因为b的半径大，则b的质量大，故C错误，D正确．] 7．回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的两个D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直．设两D形盒之间所加的交流电压为U，被加速的粒子质量为m、电荷量为q，粒子从D形盒一侧开始被加速(初动能可以忽略)，经若干次加速后粒子从D形盒边缘射